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KR101003345B1 - 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 우수한 열가소성 수지 조성물 - Google Patents

전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 우수한 열가소성 수지 조성물 Download PDF

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KR101003345B1
KR101003345B1 KR1020080080925A KR20080080925A KR101003345B1 KR 101003345 B1 KR101003345 B1 KR 101003345B1 KR 1020080080925 A KR1020080080925 A KR 1020080080925A KR 20080080925 A KR20080080925 A KR 20080080925A KR 101003345 B1 KR101003345 B1 KR 101003345B1
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thermoplastic resin
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whisker
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장영규
이영실
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Abstract

본 발명의 열가소성 수지 조성물은 (A) 폴리페닐렌 설파이드 수지 50~90 중량%; (B) 흑연 5~30 중량%; (C) 불소화 폴리올레핀계 수지 5~30 중량%; (D) 휘스커 1~10 중량%; 및 (E) 탄소나노튜브 0.01~10 중량%를 포함하여 이루어진다. 상기 열가소성 수지 조성물은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 동시에 향상되는 특성을 갖는다.
폴리페닐렌 설파이드 수지, 흑연, 불소화 폴리올레핀계 수지, 휘스커, 탄소나노튜브, 전기 전도성, 내마모성, 내열성

Description

전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 우수한 열가소성 수지 조성물{Thermoplastic Resin Composition Having Excellent Electrical Conductivity, Anti-Wear Property and High Heat Resistance}
발명의 분야
본 발명은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성의 물성 발란스가 우수한 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 폴리페닐렌 설파이드 수지, 흑연, 불소화 폴리올레핀계 수지, 휘스커 및 탄소나노튜브로 이루어지며, 보다 향상된 전기 전도성, 내마모성 및 내열성을 가지는 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
발명의 배경
열가소성 수지는 가열하면 연화하여 가소성을 나타내고, 냉각하면 고화되는 플라스틱을 지칭한다. 이러한 열가소성 수지는 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수 지, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지 또는 비닐계 수지 등의 범용 플라스틱과, 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지 또는 폴리이미드 수지 등의 엔지니어링 플라스틱으로 대별될 수 있다.
상기 열가소성 수지는 가공성 및 성형성이 우수하여 각종 생활용품, 사무자동화 기기, 전기·전자제품 등에 광범위하게 적용되고 있다. 또한, 이러한 열가소성 수지가 사용되는 제품의 종류 및 특성에 따라, 특수한 성질을 부가하여 고부가가치의 재료로서 사용하고자 하는 시도가 계속적으로 이루어지고 있다. 특히 수지 제품간 또는 타소재와의 마찰이 발생하는 분야에 열가소성 수지를 적용할 경우, 대전방지 및 수지의 마모로 인한 제품의 손상 및 오염이 발생하므로 열가소성 수지에 전기 전도성 및 내마모성을 부여할 필요성이 있다. 이처럼 전기 전도성을 부여하기 위해서는 카본블랙, 흑연, 탄소 섬유, 금속 분말, 금속 코팅 무기 분말 또는 금속 섬유 등의 전도성 필러가 사용되고 있으며, 수지의 내마모성을 향상시키기 위해 열가소성 수지에 휘스커 등을 혼합하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 상기 각각의 첨가제들은 열가소성 수지의 물성 일부를 선택적으로 향상시킴에 있어서는 효과적이나, 전기 전도성, 내마모성 및 내열성 특성을 동시에 만족시키기에는 한계가 있다.
이에 본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 폴리페닐렌 설파이드 수지에 흑연, 불소화 폴리올레핀계 수지, 휘스커, 탄소나노튜브를 특정한 함량으로 동시에 적용함으로써 전기 전도성, 내마모성 및 내열성을 동시에 향상시킬 수 있는 열가소성 수지 조성물을 개발하기에 이른 것이다. 본 발명의 열가소성 수지 조성물 은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 모두 우수하여 정밀 기계 부품, 전기전자 제품의 부품, 자동차 정밀부품, 케이블 등의 다양한 성형품 제조에 유용하게 적용될 수 있으며, 특히 프린터 부싱에 바람직하게 적용될 수 있다.
본 발명의 목적은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 동시에 향상된 열가소성 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 모두 우수하여 정밀 기계 부품, 전기전자 제품의 부품, 자동차 정밀부품, 케이블 등의 다양한 성형품 제조에 유용하게 적용될 수 있는 열가소성 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 열가소성 수지 조성물을 이용한 프린터 부싱을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 하나의 관점은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 우수한 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 폴리페닐렌 설파이드 수지, 흑연, 불소화 폴리올레핀, 휘스커 및 탄소나노튜브를 포함한다. 구체예에서는 상기 조성물은 (A) 폴리페닐렌 설파이드 수지 50~90 중량%; (B) 흑연 5~30 중량%; (C) 불소화 폴리올레핀계 수지 5~30 중량%; (D) 휘스커 1~10 중량%; 및 (E) 탄소나노튜브 0.01~10 중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지(A)는 3,000~50,000 g/mol의 중량 평균분자량을 가질 수 있다.
상기 흑연(B)은 입자 크기가 0.5∼300 ㎛이다. 하나의 구체예에서는 상기 흑연(B)은 알칼리토금속 화합물, 실리콘계 커플링제, 티타늄계 커플링제 또는 알루미늄계 커플링제에 표면처리될 수 있다.
상기 불소화 폴리올레핀계 수지(C)는 입자 크기가 3~50 ㎛이고, 비중이 1.2∼2.3 g/cm3이다.
상기 휘스커(D)는 평균 직경 0.15~10㎛, 평균 길이 2~100㎛이다. 구체예에서는 상기 휘스커(D)는 산화아연 휘스커, 탄산칼슘 휘스커, 이산화티탄 휘스커, SiO2 휘스커, 탄화규소 휘스커, 붕산 알루미늄 휘스커, 붕산 마그네슘 휘스커, 티탄산 칼륨 휘스커, 질화 규소 휘스커, 실리콘 카바이드 휘스커 및 알루미나 휘스커로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다. 구체예에서는 상기 휘스커(D)는 탄산칼슘(CaCO3) 휘스커를 포함한다. 한 구체예에서는 상기 휘스커(D)는 전도성 물질로 코팅될 수 있다. 상기 전도성 물질은 은, 구리, 알루미늄, 철, 팔라듐, 산화주석, 산화인듐, 실리콘카바이드, 지르코늄카바이드, 티타늄카바이드, 흑연 및 이들 의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 탄소나노튜브(E)는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 구체예에서는 상기 탄소나노튜브(E)는 평균 외경 0.5~100 nm이고, 평균 길이 0.01 ~ 100 ㎛ 이다.
상기 수지 조성물은 난연제, 항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 안료, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 활제, 대전방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 더 포함할 수 있다.
다른 관점에서는 본 발명의 열가소성 수지 조성물은 폴리페닐렌 설파이드 수지에 흑연, 불소화 폴리올레핀, 휘스커 및 탄소나노튜브가 분산되어 있으며, ASTM D257에 따라 측정한 표면저항이 106 Ω/sq 이하이고, JIS K 7218에 따라 측정한 동적마찰계수가 0.16 이하이며, ASTM D4060에 따라 10 cm×10 cm 시편을 직경 5 cm의 2개의 알루미늄 원형 시편으로, Taber 마찰 시험기를 이용하여 90 rpm으로 10,000 cycle 동안 마찰시켜 마찰 전후의 측정된 마모 손실량이 16 mg 이하이고, ASTM D648에 따라 0.45MPa 하중에서의 열변형온도가 245 ℃ 이상이다.
본 발명은 상기 열가소성 수지 조성물로부터 성형된 성형품을 제공한다. 상기 성형품은 정말 기계 부품, 특히 프린터 부싱(printer bushing)에 바람직하게 적용될 수 있다.
이하 본 발명의 각 구성성분에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
(A) 폴리페닐렌 설파이드 수지
본 발명에 사용되는 폴리페닐렌 설파이드 수지(A)는 고온 내열성이 우수하고, 동시에 -50℃의 저온에서도 상온에서와 거의 다름없는 특성을 유지할 수 있다. 또한 넓은 온도범위에 걸쳐 뛰어난 치수안정성과 내크리프성(Creep Resistance)을 가진다. 폴리페닐렌설파이드계 수지는 독성이 없고 안전하며 난연성을 가져 불에 잘 타지 않는 성질도 가지고 있으며, 비교적 낮은 점도를 가지고 있어서, 고충진 수지 복합체 제조에 적합한 수지로 평가된다.
구체예에서는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 반복단위를 70몰%이상 포함하는 선형(linear) 폴리페닐렌 설파이드 수지를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112008058999765-pat00001
상기 반복단위를 70몰%이상 함유할 경우, 결정화도가 높고 내열성, 내약품성 및 강도가 뛰어나다. 상기 구조의 반복단위를 갖는 선형 폴리페닐렌 설파이드 수지의 대표적인 제조방법은 일본특허공보 소52-12240호에 개시되어 있으며, 본 발명은 이를 참조로서 포함한다.
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 다른 구조의 반복단위를 갖는 폴리페닐렌설파이드 수지를 상기 화학식 1의 폴리페닐렌 설파이드 수지에 대하여 50몰%이하, 바람직하게는 30몰%이하, 더욱 바람직하게는 20 몰% 이하로 더 포함할 수 있다. 다른 구조의 반복단위는 하기 화학식 2 내지 9와 같이 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112008058999765-pat00002
[화학식 3]
Figure 112008058999765-pat00003
[화학식 4]
Figure 112008058999765-pat00004
[화학식 5]
Figure 112008058999765-pat00005
[화학식 6]
Figure 112008058999765-pat00006
[화학식 7]
Figure 112008058999765-pat00007
(상기 화학식 7에서 R은 C1~C20의 알킬기, 니트로기, 페닐기, C1~C20의 알콕시기, 카르복시기, 카르복신산염기이다)
[화학식 8]
Figure 112008058999765-pat00008
[화학식 9]
보다 바람직하게는, 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지로서 p-디클로로벤젠(p-dichlorobenzene)과 황화나트륨(sodium sulfide)의 중합물질을 50몰% 이상 함유하는 중합체를 사용할 수 있다.
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지로는 3,000 내지 50,000의 중량평균분자량을 갖는 것이 바람직하고, 5,000 내지 30,000의 중량평균분자량을 갖는 것이 보다 바람직하다. 상기와 같은 중량 평균 분자량 범위 내에서는 체류 안정성이 우수하여, 압출 또는 사출 성형 시에 수지 간 반응에 따른 경화의 우려가 없어 바람직하다.
다른 구체예에서는 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 용융 지수(MI)가 316 ℃, 2.16kg의 하중에서 50∼100g/10분의 값을 갖는다.
본 발명에서 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 전체 수지 조성물중 50∼90 중량%, 바람직하게는 55∼85 중량%로 사용된다. 상기 범위로 사용할 경우, 전기 전도성, 내마모성 및 내열성의 우수한 물성 발란스를 얻을 수 있다.
(B) 흑연
흑연은 그 성분이 탄소이며, 결정은 대부분이 육방정계이고 일부가 삼방정계이다. 탄소가 벤젠고리처럼 육각형으로 연결되어 있고, 이러한 육각형이 판상체를 이루면서 연속된 층을 형성한다. 흑연의 층간결합은 감마결합(gamma bond)이라고 하며, 매우 약해서 저면에 완전벽개가 쉽게 발생하여, 판상체는 미끄러지기 쉽다. 이처럼 흑연은 쉽게 미끄러지는 성질 때문에 마찰계수가 매우 적어 윤활작용을 하므로, 코팅제나 윤활제로 사용된다. 흑연은 판상체가 쉽게 미끄러져 영진면을 이루고, c축 방향에 대하여 완전히 중첩되지 않으므로, c축 방향으로는 비등방성을 보인다.
본 발명은 흑연 특유의 미끄러지는 성질을 이용하여 본 발명의 수지 조성물의 조합에 있어 전도성 부여와 함께 우수한 내마모성을 부여할 수 있다.
본 발명에서는 천연흑연과 인조흑연 모두 사용될 수 있다. 합성흑연은 석유 정제후 남는 찌꺼기인 석유코크(petroleum coke)를 흑연화 공정을 거쳐 제조한 흑연이다. 코크에 콜타르 접착제와 석유계 기름을 첨가하여 가열하면서 사출하면 녹색바(green bar)나 녹색물질(green stock)이 형성되는데, 이것을 800∼1,000℃로 태우면 피치접착제(pitch binder)가 코크로 바뀌고 수축되어 열화코크 혹은 열화탄소가 된다. 이것은 공극이 많으므로 충진제로 콜타르나 석유피치를 혼합하여 아케슨 전기로에서 2,600∼3,000℃로 가열하면 충진제 사이에 탄소가 정열을 하게 되어 흑연이 된다. 이 과정을 흑연화(graphitization)라고 한다. 이러한 흑연은 비교적 고순도로 정향배열을 하므로 상대적으로 전기저항이 높으며, 등방성을 보인다.
하나의 구체예에서는 본 발명의 열팽창성 흑연은 각종 화합물로 표면처리되어 있을 수 있다. 이러한 표면처리제를 구체적으로 예시하면, 탄산 칼슘, 산화칼슘, 수산화칼슘, 탄산마그네슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산바륨, 산화바륨, 수산화바륨 등의 알칼리토금속 화합물, 실리콘계 커플링제, 티타늄계 커플링제, 알루미늄계 커플링제 등을 들 수 있다.
본 발명의 수지 조성물의 제조에 바람직하게 사용될 수 있는 흑연으로는 입자 크기가 0.5∼300 ㎛, 보다 바람직하게는 5~150 ㎛이다.
본 발명에서 흑연은 전체 수지 조성물중 5~30 중량%로 사용된다. 상기 범위로 사용할 경우, 우수한 전기 전도성과 내마모성 및 내열성의 물성 발란스를 얻을 수 있다. 바람직하게는 전체 수지 조성물중 7~25 중량%이며, 더욱 바람직하게는 10~22 중량%이다.
(C) 불소화 폴리올레핀계 수지
본 발명에 사용되는 불소화 폴리올레핀계 수지(C)는 종래의 이용가능한 수지로서 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌 /비닐리덴플루오라이드 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 서로 독립적으로 사용될 수도 있고, 서로 다른 2종 이상이 병용될 수도 있다.
본 발명의 수지 조성물의 제조에 사용되는 불소화 수지는 공지의 중합방법을 이용하여 제조 될 수 있으며, 예를 들면 7∼71 kg/cm2의 압력과 0∼200℃의 온도, 바람직하기로는 20∼100℃의 조건에서 나트륨, 칼륨 또는 암모늄 퍼옥시디설페이트 등의 자유 라디칼 형성 촉매가 들어있는 수성 매질 내에서 제조될 수 있다.
불소화 폴리올레핀계 수지는 에멀젼(emulsion) 상태 또는 분말(powder) 상태로 사용될 수 있다. 에멀전 상태의 불소화 폴리올레핀계 수지를 사용하면 전체 수지 조성물내에서의 분산성이 양호하나, 제조공정이 복잡해지는 단점이 있다. 따라서 분말상태라 하더라도 전체 수지 조성물내에 적절히 분산되어 섬유상 망상을 형성할 수 있으면, 분말상태로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 수지 조성물의 제조에 바람직하게 사용될 수 있는 불소화 폴리올레핀계 수지로는 입자 크기가 0.05∼1,000 ㎛이고, 비중이 1.2∼2.3 g/cm3 인 폴리테트라플루오로에틸렌이 있다. 바람직하게는 입자 크기가 1~300 ㎛이고, 더욱 바람직하게는 입자 크기가 3~50 ㎛이다.
상기 불소화 폴리올레핀계 수지는 전체 수지 조성물중 5~30 중량%로 사용된다. 상기 범위로 사용할 경우, 우수한 전기 전도성과 내마모성 및 내열성의 물성 발란스를 얻을 수 있다. 바람직하게는 전체 수지 조성물중 7~28 중량%이며, 더욱 바람직하게는 10~27 중량%이다.
(D) 휘스커
본 발명에 사용되는 휘스커(D)는 침상 또는 가지상의 물질로 열가소성 수지내에서 네트워크를 형성하여 물성을 보강할 수 있는 필러로 사용된다.
구체예에서는 상기 휘스커는 산화아연 휘스커, 탄산칼슘 휘스커, 이산화티탄 휘스커, 산화규소(SiO2) 휘스커, 탄화규소 휘스커, 붕산 알루미늄 휘스커, 붕산 마그네슘 휘스커, 티탄산 칼륨 휘스커, 질화 규소 휘스커, 실리콘 카바이드 휘스커 및 알루미나 휘스커로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다. 이중 바람직하게는 산화아연(ZnO), 탄산칼슘(CaCO3), 이산화티탄(TiO2), 그리고 산화규소(SiO2)가 각각 또는 혼합된 조성으로 만들어진 휘스커를 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 탄산칼슘(CaCO3) 휘스커를 포함한다.
하나의 구체예에서는 상기 휘스커는 전도성 물질로 코팅될 수 있다. 이와 같이 전도성 물질로 코팅된 휘스커를 사용할 경우, 열가소성 수지에 전기 전도성을 부여할 수 있다. 상기 전도성 물질은 은, 구리, 알루미늄, 철, 팔라듐, 산화주석, 산화인듐, 실리콘카바이드, 지르코늄카바이드, 티타늄카바이드, 흑연 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다.
한 구체예에서는 상기 휘스커는 평균 직경 0.15~10㎛, 평균 길이 2~100㎛이 다. 상기 범위내의 휘스커를 적용할 경우 보다 효과적으로 폴리페닐렌 설파이드 수지의 내마모성을 향상 시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 휘스커는 전체 수지 조성물중 1~10 중량%로 사용된다. 상기 범위로 사용할 경우, 우수한 전기 전도성과 내마모성 및 내열성의 물성 발란스를 얻을 수 있다. 바람직하게는 전체 수지 조성물중 1.5~7 중량%이며, 더욱 바람직하게는 2~5.5 중량%이다.
(E) 탄소나노튜브
본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브는 열가소성 수지에 전기 전도성을 부여할 수 있다. 이러한 탄소나노튜브는 높은 기계적 강도, 초기 탄성율(Young's modulus) 또는 종횡비(aspect ratio) 등의 특성을 가진 물질이다. 또한, 상기 탄소나노튜브는 높은 전기 전도성과 열안정성을 보유하고 있기 때문에, 열가소성 수지에 혼합할 경우, 상기 열가소성 수지에 우수한 전기 전도성과 기계적·열적 특성을 부여할 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 전기 방전법(Arc-discharge), 열분해법(pyrolysis), 레이저 어블레이션(Laser ablation), 플라즈마 화학기상 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 열화학 기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 전기분해법 등을 사용해 합성할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브는 그 벽의 개수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(double wall carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)로 나눌 수 있다. 본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브는 그 종류에 제한을 두지 않고 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물로도 사용될 수 있다.
상기 탄소나노튜브는 특별한 제한은 없으나, 평균 외경 0.5~100 nm, 바람직하게는 1~50 ㎚, 더욱 바람직하게는 5~20 nm가 좋으며, 평균 길이는 0.01~100 ㎛, 바람직하게는 0.01~20㎛, 더욱 바람직하게는 0.5~10 ㎛ 정도의 것이 좋다. 상기 평균 외경 및 평균 길이 범위의 탄소나노튜브를 사용할 경우, 전기전도성 및 가공성이 보다 우수하다. 또한, 탄소 나노 튜브는 상기와 같은 크기로 인해 종횡비(aspect ratio) (L/D)가 큰 값을 가지는데, L/D가 100 내지 1,000 의 카본 튜브를 사용하는 것이 전기전도성 향상에 바람직하다.
본 발명에서 상기 탄소나노튜브는 0.01~10 중량%, 바람직하게는 0.1~5 중량%의 함량 범위로 사용된다. 상기 0.01 내지 10 중량% 범위 내로 사용할 경우, 수지 고유의 물성저하 없이, 전기 전도성과 수지 내 분산성이 보다 우수하다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 폴리페닐렌 설파이드 수지에 흑연, 불소화 폴리올레핀, 휘스커 및 탄소나노튜브가 분산되어 있는 구조를 가진다. 상기 수지 조성물은 ASTM D257에 따라 측정한 표면저항이 106 Ω/sq 이하이고, JIS K 7218에 따라 측정한 동적마찰계수가 0.16 이하이며, ASTM D4060에 따라 10 cm×10 cm 시편을 직경 5 cm의 2개의 알루미늄 원형 시편으로, Taber 마찰 시험기를 이용하여 90 rpm으로 10,000 cycle 동안 마찰시켜 마찰 전후의 측정된 마모 손실량이 16 mg 이하이고, ASTM D648에 따라 0.45MPa 하중에서의 열변형온도가 245 ℃ 이상이다. 구체예에서는 상기 수지 조성물은 ASTM D257에 따라 측정한 표면저항이 101∼106 Ω/sq 이고, JIS K 7218에 따라 측정한 동적마찰계수가 0.05∼0.16 이며, ASTM D4060에 따라 10 cm×10 cm 시편을 직경 5 cm의 2개의 알루미늄 원형 시편으로, Taber 마찰 시험기를 이용하여 90 rpm으로 10,000 cycle 동안 마찰시켜 마찰 전후의 측정된 마모 손실량이 1∼16 mg 이고, ASTM D648에 따라 0.45MPa 하중에서의 열변형온도가 245∼280 ℃ 이다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 상술한 각 구성 성분 외에, 목적하는 용도에 따라 필요한 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 상기 첨가제로는 난연제, 항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 안료, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 활제, 대전방지제 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 첨가제는 전체 열가소성 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 0 내지 60 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 30 중량부의 범위로 포함될 수 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 투명 열가소성 수지는 높은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 모두 우수하여 정밀 기계 부품, 전기전자 제품의 부품, 자동차 정밀부품, 케이블 등의 다양한 성형품 제조에 유용하게 적용될 수 있으며, 특히 프린터 부싱(printer bushing)에 바람직하게 적용된다.
본 발명의 수지 조성물은 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 구성성분 들을 동시에 혼합한 후에, 압출기내에서 용융 압출하고 펠렛 형태로 제조할 수 있다. 상기 제조된 펠렛은 사출성형, 압출성형, 진공성형, 캐스팅성형 등의 다양한 성형방법을 통해 다양한 성형품으로 제조될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적이며 첨부된 특허 청구 범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
하기 실시예 및 비교실시예에서 사용된 각 성분 및 첨가제의 사양은 다음과 같다.
(A) 폴리페닐렌 설파이드 수지
일본 DIC사의 폴리페닐렌 설파이드 수지 FZ-2100를 사용하였다.
(B) 흑연
합성흑연으로 입자 크기가 5~75 ㎛인 TIMCAL사의 KS 5-75TT를 사용하였다.
(C) 불소화 폴리올레핀계 수지
미국 Dupont사의 테프론(상품명) 7AJ를 사용하였다.
(D) 휘스커
탄산칼슘(CaCO3) 을 주성분으로 하는 평균 직경 0.5~1 ㎛, 길이가 20~30 ㎛인 Maruo Calcium사의 Whiscal A를 사용하였다.
(E) 탄소나노튜브
평균 외경 5~30 nm이고, 평균 길이가 1~25 ㎛인 다중벽 탄소나노튜브인 Nanocyl사의 NC-7000 제품을 사용하였다.
실시예 1∼5 및 비교예 1∼5
표 1 및 2의 조성에 따른 각 성분을 혼합하여 각 열가소성 수지 조성물을 제조하고, L/D=35, Φ=45 mm인 이축 압출기를 사용하여 압출한 후 압출물을 펠렛으로 제조하였다. 10 oz 사출기에서 사출 온도 280℃ 하에 사출하여 전기 전도성 및 각종 물성 측정을 위한 시편을 제조하였다. 상기 시편을 23℃, 상대 습도 50% 하에 48 시간 동안 방치한 후, 하기의 방법에 따라 각종 물성을 측정하여 표 1과 표 2에 나타내었다.
물성 측정 방법
1) 표면 저항(Ω/sq) : Wolfgang Warmbier사의 SRM-100을 사용하여 ASTM D257에 따라 각 시편의 표면 저항을 측정하였다.
2) 내마모성
① 동적마찰계수 : JIS K 7218에 따라 각 시편의 동적마찰계수를 측정하였다.
② 마모량 : ASTM D4060에 따라 10 cm × 10 cm 시편 1개와 직경 5 cm의 2개의 알루미늄 원형 시편을 제작하고, Taber 마찰 시험기를 이용하여 90 rpm으로 10,000 cycle 동안 마찰시켜 마찰 전후의 마모 손실량을 측정하였다
3) 열변형온도(℃) : ASTM D648에 0.45MPa 하중에서의 열변형온도를 측정하였다.
Figure 112008058999765-pat00010
Figure 112008058999765-pat00011
상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 시편은 비교예 1의 시편에 비해 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 월등히 향상된 것을 확인할 수 있다. 한편, 흑연이 사용되지 않은 비교예 2는 실시예 2에 비해 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 현저히 저하된 것을 알 수 있으며, 불소화 폴리올레핀계 수지가 사용되지 않은 비교예 3은 실시예 3에 비해 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 현저히 저하된 것을 확인할 수 있었다. 또한 휘스커가 사용되지 않은 비교예 4는 실시예 4에 비해 내마보성과 내열성이 떨어진 것을 알 수 있으며, 탄소나노튜브가 사용되지 않은 비교예 5는 전도성이 크게 저하되었으며, 내열성 역시 대폭 저하되었다. 따라서, 폴리페닐렌 설파이드 수지에 있어 전기 전도성, 내마모성 및 내열성의 고른 물성을 확보하기 위해서는 흑연, 불소화 폴리올레핀계 수지, 휘스커 및 탄소나노튜브가 모두 사용되어야 함을 알 수 있다.
본 발명은 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 모두 우수하여 정밀 기계 부품, 전기전자 제품의 부품, 자동차 정밀부품, 케이블 등의 다양한 성형품 제조에 유용하게 적용될 수 있는 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품을 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (16)

  1. (A) 폴리페닐렌 설파이드 수지 50~90 중량%;
    (B) 흑연 5~30 중량%;
    (C) 불소화 폴리올레핀계 수지 5~30 중량%;
    (D) 휘스커 1~10 중량%; 및
    (E) 탄소나노튜브 0.01~10 중량%;
    를 포함하여 이루어지는 전기 전도성, 내마모성 및 내열성이 우수한 열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지(A)는 3,000~50,000 g/mol의 중량 평균분자량을 가지는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흑연(B)은 입자 크기가 0.5∼300 ㎛인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 흑연(B)은 알칼리토금속 화합물, 실리콘계 커플링제, 티타늄계 커플링제 또는 알루미늄계 커플링제에 표면처리된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 불소화 폴리올레핀계 수지(C)는 입자 크기가 3~50 ㎛이고, 비중이 1.2∼2.3 g/cm3인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 휘스커(D)는 평균 직경 0.15~10㎛, 평균 길이 2~100㎛인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 휘스커(D)는 산화아연 휘스커, 탄산칼슘 휘스커, 이산화티탄 휘스커, 산화규소 휘스커, 탄화규소 휘스커, 붕산 알루미늄 휘스커, 붕산 마그네슘 휘스커, 티탄산 칼륨 휘스커, 질화 규소 휘스커, 실리콘 카바이드 휘스커 및 알루미나 휘스커로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 휘스커(D)는 탄산칼슘(CaCO3) 휘스커를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 휘스커(D)는 전도성 물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전도성 물질은 은, 구리, 알루미늄, 철, 팔라듐, 산화주석, 산화인듐, 실리콘카바이드, 지르코늄카바이드, 티타늄카바이드, 흑연 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브(E)는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브(E)는 0.5~100 ㎚의 평균 외경 및 0.01~100 ㎛의 평균 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물
  13. 제1항에 있어서, 상기 수지 조성물은 난연제, 항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 안료, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 활제, 대전방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지 조성물은 ASTM D257에 따라 측정한 표면저항이 106 Ω/sq 이하이고, JIS K 7218에 따라 측정한 동적마찰계수가 0.16 이하이며, ASTM D4060에 따라 10 cm×10 cm 시편을 직경 5 cm의 2개의 알루미늄 원형 시편으로, Taber 마찰 시험기를 이용하여 90 rpm으로 10,000 cycle 동안 마찰시켜 마찰 전후의 측정된 마모 손실량이 16 mg 이하이고, ASTM D648에 따라 0.45MPa 하중에서의 열변형온도가 245 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 열가소성 수지 조성물로부터 성형된 성형품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 성형품은 프린터 부싱(printer bushing)인 것을 특징으로 하는 성형품.
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